设计模式-观察者模式

发表于 更新于 本文字数： 1.2k 阅读时长 ≈ 5 分钟

1 观察者模式

  • 在软件构建过程中，我们需要为某些对象建立一种“通知依赖关系” ——一个对象（目标对象）的状态发生改变，所有的依赖对象（观察者对象）都将得到通知。如果这样的依赖关系过于紧密，将使软件不能很好地抵御变化。
  • 定义对象间的一种一对多（变化）的依赖关系，以便当一个对象(Subject)的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并自动更新。
  • 观察对象的状态发生变化时，通知给观察者。 观察者模式适用于根据对象状态进行相应处理的场景。

2 问题

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// FileSplitter.cpp
class FileSplitter{
	string m_filePath;
	int m_fileNumber;
	ProgressBar* m_progressBar; // 不能应对变化，和具体某个平台的进度条绑死：例如UI进度条、无界面的Shell进度条等等

public:
	FileSplitter(const string& filePath, int fileNumber, ProgressBar* progressBar) :
		m_filePath(filePath), 
		m_fileNumber(fileNumber),
		m_progressBar(progressBar){
	}

	void split(){
		//1.读取大文件
		// ...

		//2.分批次向小文件中写入
		for (int i = 0; i < m_fileNumber; i++){
			//...
			float progressValue = m_fileNumber;
			progressValue = (i + 1) / progressValue;
			m_progressBar->setValue(progressValue);
		}
	}
};
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// MainForm.cpp
class MainForm : public Form{
	TextBox* txtFilePath;
	TextBox* txtFileNumber;
	ProgressBar* progressBar;

public:
	void Button1_Click(){
		string filePath = txtFilePath->getText();
		int number = atoi(txtFileNumber->getText().c_str());
		FileSplitter splitter(filePath, number, progressBar);
		splitter.split();
	}
};

3 观察者v1

观察者模式

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// FileSplitter.cpp
class FileSplitter{
	string m_filePath;
	int m_fileNumber;
	List<IProgress*>  m_iprogressList; // 抽象通知机制，支持注册多个观察者！！！
	
public:
	FileSplitter(const string& filePath, int fileNumber) :
		m_filePath(filePath), 
		m_fileNumber(fileNumber){
	}

	void split(){
		//1.读取大文件
		// ...

		//2.分批次向小文件中写入
		for (int i = 0; i < m_fileNumber; i++){
			//...
			float progressValue = m_fileNumber;
			progressValue = (i + 1) / progressValue;
			onProgress(progressValue); // 发送通知
		}
	}

	void addIProgress(IProgress* iprogress){ // 添加观察者
		m_iprogressList.push_back(iprogress);
	}

	void removeIProgress(IProgress* iprogress){ // 移除观察者
		m_iprogressList.remove(iprogress);
	}

protected:
	virtual void onProgress(float value){
		List<IProgress*>::iterator itor=m_iprogressList.begin();
		while (itor != m_iprogressList.end())
			(*itor)->DoProgress(value); //更新进度条
			itor++;
		}
	}
};
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// MainForm.cpp
class IProgress{
public:
	virtual void DoProgress(float value)=0;
	virtual ~IProgress(){}
};

// C++不推荐多继承，但是推荐的唯一一种多继承的形式是：一个主集成、其他都是接口或者抽象基类
// MainForm是观察者
class MainForm : public Form, public IProgress{
	TextBox* txtFilePath;
	TextBox* txtFileNumber;
	ProgressBar* progressBar;

public:
	void Button1_Click(){
		string filePath = txtFilePath->getText();
		int number = atoi(txtFileNumber->getText().c_str());
		FileSplitter splitter(filePath, number);
		splitter.addIProgress(this); // 订阅通知
		ConsoleNotifier cn; // 观察者二
		splitter.addIProgress(&cn); // 订阅通知
		splitter.split();
		splitter.removeIProgress(this);
	}

	virtual void DoProgress(float value){
		progressBar->setValue(value);
	}
};

// 另一个观察者
class ConsoleNotifier : public IProgress {
public:
	virtual void DoProgress(float value){
		cout << "."; // 无UI：打点
	}
};

4 观察者v2（可执行）

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#include "Header.h"
#include <random>
#include <thread>

class NumGen;
class NumGenObserver {
public:
	virtual ~NumGenObserver() {}
	virtual void update(NumGen *numGen) = 0;
};

class NumGen {
public:
	virtual ~NumGen() {}
	void addObserve(NumGenObserver *observe) {
		m_observeList.push_back(observe);
	}
	void deleteObserve(NumGenObserver *observe) {
		m_observeList.erase(std::remove(m_observeList.begin(), m_observeList.end(), observe));
	}
	void notifyObverses() {
		for (auto gen : m_observeList) {
			gen->update(this);
		}
	}
	virtual int getNumber() = 0;
	virtual void execute() = 0;

private:
	std::vector<NumGenObserver *> m_observeList;
};

class RandomNumGen : public NumGen {
public:
	virtual int getNumber() override {
		return m_number;
	}
	virtual void execute() override {
		for (int i = 0; i < 20; ++i) {
			m_number = m_dis(m_gen);
			notifyObverses();
		}
	}

private:
	std::random_device m_rd;
	std::mt19937 m_gen{ m_rd() };
	std::uniform_int_distribution<int> m_dis{ 0, 100 };
	int m_number{ 0 };
};

class DigitObserver : public NumGenObserver {
public:
	virtual void update(NumGen *numGen) override {
		std::cout << "DigitObserver:";
		std::cout << numGen->getNumber() << std::endl;
		std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));
	}
};

class GraphObserver : public NumGenObserver {
public:
	virtual void update(NumGen *numGen) override {
		auto num = numGen->getNumber();
		std::cout << "GraphObserver:";
		for (int i = 0; i < num; ++i) {
			std::cout << "*";
		}
		std::cout << std::endl;
		std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(10));
	}
};

int main() {
	NumGen *gen = new RandomNumGen;
	NumGenObserver *ob1 = new DigitObserver;
	NumGenObserver *ob2 = new GraphObserver;
	gen->addObserve(ob1);
	gen->addObserve(ob2);
	gen->execute();
	delete gen;
	delete ob1;
	delete ob2;
	return 0;
}

5 观察者v3（配合模板更通用的观察者模式）

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template<typename ObserverType>
class Subject {
    vector<ObserverType*> _list;
public:
    // 订阅
    void subscribe(ObserverType* obs) {
        auto itor = std::find(_list.begin(), _list.end(), obs);
        if (_list.end() == itor) {
            _list.push_back(obs);
        }
    }
    
    // 取消订阅
    void unSubscribe(ObserverType* obs) {
        // erase配合remove
        _list.erase(std::remove(_list.begin(), _list.end(), obs));
    }

    // 发布
    template<typename FuncType>
    void publish(FuncType func) {
        for (auto obs : _list) {
            // 调用回调函数，将obs作为一个参数传入
            func(obs);
        }
    }
};

// CatObserver接口 猫的观察者
class CatObserver {
public:
    virtual void onMiaow() = 0;
    virtual ~CatObserver() {}
};

// Tom继承自Subject，模板参数CatObserver
// 这样Tom就可以订阅、发布对应类型
class Tom : public Subject<CatObserver> {
public:
    void miaow() {
        cout << "喵" << endl;
        // 这里CatObserver的成员函数，所以第一个参数需要this指针，这里悬置->对应publish的object
        publish(std::bind(&CatObserver::onMiaow, std::placeholders::_1));
    }
};

// Jerry继承自CatObserver，可以被订阅
class Jerry : public CatObserver {
public:
    void onMiaow() override {
        RunAway();
    }
    void RunAway() {
        cout << "那只笨又猫来了，快跑！" << endl;
    }
};

int main() {
    Tom tom;
    Jerry jerry1, jerry2, jerry3;

    // 拿一堆jerry去订阅tom的 猫叫 事件
    tom.subscribe(&jerry1);
    tom.subscribe(&jerry2);
    tom.subscribe(&jerry3);
    
    tom.miaow();
}

输出结果：

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喵
那只笨又猫来了，快跑！
那只笨又猫来了，快跑！
那只笨又猫来了，快跑！

6 总结

  • 使用面向对象的抽象，Observer模式使得我们可以独立地改变目标与观察者，从而使二者之间的依赖关系达致松耦合。
  • 目标发送通知时，无需指定观察者，通知（可以携带通知信息作为参数）会自动传播。
  • 观察者自己决定是否需要订阅通知，目标对象对此一无所知。
  • Observer模式是基于事件的UI框架中非常常用的设计模式，也是MVC模式的一个重要组成部分。

7 参考